Die Wahl der richtigen Sim-Racing-Pedale: Ein technischer Einblick

Für ambitionierte Sim-Racer ist die Pedalerie eine der wichtigsten Komponenten für ein immersives und erfolgreiches Rennerlebnis. Die feinen Unterschiede in der Technik können über Sieg oder Niederlage entscheiden. In diesem Beitrag beleuchten wir die gängigsten Technologien bei Sim-Racing-Pedalen: Hallsensoren und Loadcell (Wägezelle) für die Bremse. Außerdem klären wir die Vor- und Nachteile von Federn und Elastomeren am Bremspedal.

Die Sensortechnik: Das Herzstück deiner Pedale

Die Art und Weise, wie deine Pedale die Eingaben erfassen und an die Simulation weitergeben, hat einen fundamentalen Einfluss auf dein Fahrgefühl und deine Konstanz auf der Strecke.

Hallsensoren: Berührungslos und langlebig

• Hallsensor am Gaspedal ist eine gute Wahl hier braucht man nicht zwingend eine Loadcell

Hallsensoren messen die Position eines Pedals mithilfe eines Magnetfeldes. Ein Magnet ist am beweglichen Teil des Pedals befestigt, während der Sensor am feststehenden Teil sitzt. Je näher der Magnet dem Sensor kommt, desto stärker das Magnetfeld und desto größer der Ausschlag im Spiel.

Vorteile:

• Langlebigkeit: Da es keine mechanische Reibung zwischen den Bauteilen gibt, unterliegen Hallsensoren praktisch keinem Verschleiß.

• Präzision: Sie bieten eine gleichbleibend präzise Positionserfassung.

• Wartungsfreiheit: Einmal kalibriert, verrichten sie zuverlässig ihren Dienst.

Nachteile:

• Position statt Druck: Der entscheidende Nachteil, insbesondere bei der Bremse, ist, dass Hallsensoren nur den Pedalweg messen, nicht aber die aufgewendete Kraft. Das Muskelgedächtnis trainiert also auf eine bestimmte Pedalstellung, nicht auf einen bestimmten Bremsdruck, was weniger realistisch ist.
  

Loadcell (Wägezelle): Bremsen wie im echten Rennwagen

Eine Loadcell ist ein Kraftaufnehmer, der misst, wie stark du auf das Pedal trittst. Unabhängig vom Pedalweg registriert die Loadcell den ausgeübten Druck und wandelt ihn in ein elektrisches Signal um. Dies simuliert das Verhalten einer hydraulischen Bremse in einem echten Rennwagen, bei der der Bremsdruck entscheidend ist.

Vorteile:

• Realismus: Das Bremsgefühl ist deutlich näher an der Realität, da der Bremsdruck und nicht der Pedalweg gemessen wird.

• Muskelgedächtnis: Es ist für den Körper einfacher, einen bestimmten Druck konstant zu reproduzieren als eine exakte Pedalposition. Dies führt zu mehr Konstanz und besseren Rundenzeiten.

• Präzises Trail-Braking: Die feinfühlige Dosierung der Bremse am Kurveneingang wird durch die druckbasierte Messung erheblich erleichtert.

Nachteile:

• Robustheit erforderlich: Da hohe Kräfte auf die Pedale wirken, muss die gesamte Konstruktion sehr stabil sein.

Das Gefühl der Bremse: Federn gegen Elastomere

Neben der Sensortechnik ist der mechanische Widerstand der Bremse entscheidend für das Fahrgefühl. Hier kommen hauptsächlich Federn oder Elastomere zum Einsatz.

Federn: Linear und einfach

Eine klassische Stahlfeder erzeugt einen linearen Widerstand. Das bedeutet, der Kraftaufwand steigt gleichmäßig mit dem Pedalweg.

Vorteile:

• Kostengünstig: Federn sind eine einfache und preiswerte Lösung.

• Definiertes Gefühl: Der Widerstand ist klar und vorhersehbar.

Nachteile:

• Wenig progressiv: Echte Bremsanlagen verhärten sich, je stärker man tritt. Dieses progressive Gefühl können einfache Federn nicht realistisch nachbilden. Der Widerstand am Ende des Pedalwegs ist oft nicht hoch genug.

Elastomere: Progressiv und anpassbar

Elastomere sind spezielle Kunststoffe, die sich unter Druck verformen und dabei einen progressiven Widerstand aufbauen. Je stärker man sie komprimiert, desto härter werden sie. Oft werden verschieden harte Elastomer-Pucks kombiniert, um das Bremsgefühl individuell anzupassen.

Vorteile:

• Realistisches Bremsgefühl: Der progressive Widerstand simuliert das Gefühl einer hydraulischen Bremse sehr gut. Man spürt, wie sich der Druck im Bremssystem aufbaut.

• Anpassbarkeit: Durch die Kombination verschiedener Elastomere und Distanzstücke kann der Härtegrad und der Pedalweg sehr individuell eingestellt werden.

• Bessere Dosierbarkeit: Der ansteigende Widerstand gibt ein besseres Feedback und ermöglicht eine präzisere Modulation der Bremskraft.

Nachteile:

• Materialermüdung: Elastomere können sich über die Zeit abnutzen oder ihre Eigenschaften verändern, was einen Austausch notwendig machen kann.

• Temperaturempfindlichkeit: In seltenen Fällen kann die Umgebungstemperatur die Härte der Elastomere geringfügig beeinflussen.

Bei der Bremse führt kein Weg an einer Loadcell vorbei gerade bei Pedalen sollte man direkt mit was vernünftigen Starten da bei Pedalen die meiste Zeit liegt. Die Fähigkeit, den Bremsdruck zu dosieren, anstatt sich auf den Pedalweg zu verlassen, ist ein entscheidender Vorteil für Konstanz und Fahrzeugkontrolle.

Beim mechanischen Aufbau der Bremse bieten Elastomere durch ihren progressiven Widerstand ein deutlich realistischeres und anpassbareres Gefühl als einfache Federn. Die Kombination aus einer Loadcell und einem gut abgestimmten Elastomer-Stack ist daher für die meisten Sim-Racer die optimale Lösung für ein immersives und konkurrenzfähiges Setup.

Wissenswertes über Elastomere

Spannungsrelaxation 

das ist ein charakteristisches und wichtiges Verhalten von Elastomeren!

Einfach ausgedrückt: Wenn man ein Elastomer (wie z. B. Gummi in Sim-Racing-Pedalen) zusammendrückt und in dieser komprimierten Position hält, wird die Kraft, die das Material zurückdrückt, mit der Zeit langsam schwächer, obwohl sich die Kompression nicht ändert.

Die Ursache dafür liegt in der viskoelastischen Materialeigenschaft von Elastomeren. Man muss sich das Material auf molekularer Ebene vorstellen:

1. Anfänglicher Druck (Elastische Reaktion): Wenn du das Elastomer zusammendrückst, werden die langen, verknäuelten Polymerketten, aus denen es besteht, gestreckt und in eine unnatürliche, geordnete Position gezwungen. Sie spannen sich wie unzählige kleine Gummibänder und erzeugen eine sofortige Gegenkraft. Das ist die rein elastische, schnelle Reaktion.

2. Die Zeit danach (Viskose Reaktion): Jetzt kommt der entscheidende Punkt. Da die Polymerketten in einer unvorteilhaften, energiereichen Position sind, beginnen sie, sich neu zu arrangieren, um die innere Spannung abzubauen. Sie "kriechen" aneinander vorbei und gleiten langsam in entspanntere Positionen, ohne dass sich die äußere Form des Materials ändert. Dieser Prozess ist vergleichbar mit dem langsamen Fließen einer sehr zähen Flüssigkeit (daher der Begriff "viskos").

3. Ergebnis (Druckabfall): Durch diese innere Umlagerung der Molekülketten nimmt die gespeicherte elastische Energie im Material ab. Ein Teil der ursprünglich elastischen Verformung wandelt sich in eine bleibende (plastische) Verformung um. Folglich sinkt die Gegenkraft (die Spannung), die das Material ausübt.

Man kann es sich so vorstellen: Du spannst 100 Gummibänder gleichzeitig, um eine Kraft zu erzeugen. Wenn du sie gespannt hältst, reißen nach und nach einige der Bänder oder geben nach. Die Gesamtkraft, die von den restlichen Bändern ausgeht, wird dadurch geringer, obwohl du die Dehnung konstant hältst.

Dieses Phänomen ist der Grund, warum zum Beispiel Dichtungen aus Gummi mit der Zeit ihre Dichtwirkung verlieren oder warum man Schrauben in Verbindungen mit Elastomer-Elementen gelegentlich nachziehen muss. Bei Sim-Racing-Pedalen bedeutet es, dass sich das Gefühl einer neu installierten Elastomer-Bremse nach den ersten Nutzungsstunden leicht verändern und etwas "setzen" kann.